Анализатор спектра Советский патент 1983 года по МПК G01R23/16 

(54) АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА

Изобретение относится к измерительной технике и может йлть использовано в гидролокации и технике связи.

Известны анализаторы спектра, содержащие два квадратурнБК канала измерения, формирователь опорных импульсов, сумматор, фильтр и детектор 11.

Однако точность измерения им недостаточна. :

Наиболее близким к изобретению техническим ранением является ангшизатор, содержащий входной фильтр, аттенюатор, переключатель, преобразователь , блок управления и реверсивные счетчики 2.

Недостатком известного анализатора является ограниченная точность измерения амплитуды ифазы спектральных составляющих.Цель изобретения - повьииение точности измерения.

Цель достигается тем, что анализатор спектра, содержгиций последовательно соединенные фильтр нижних частот, аттенюатор, электронный переключатель и преобразователь напряжения в число импульсов, а также два реверсивных счетчика квадратурных каналов, два индикатора и блок управления, причем фильтр нижних частот подключен к электронному пере- . ключателю непосредственно и через аттенюатор, счетные входы реверсивных счетчиков квадратурных каношов соединены между собой и с выходом преобразователя, а блок управления связан с управляющими входс1ми электронного переключателя, преобразова10 .теля напряжения в число импульсов и реверсивного счетчика квадратурных каналов, введены дополнительно два регистра квадратурных составляющих, генератор функций, два перемножите15ля, сумматор, блок сравнения, регистр амплитуды, дешифратор, реверсивный счетчик канала фазы, индикатор фазы и индикатор амплитуды, причем выходы реверсивных счетчиков

20 квадратурных каналов подсоединены к сигнальным входам соответствующих регистров квадратурных составлякнцих, выхода которых подсоединены к индикаторам квадратурных составляющих и

25 к первым входам соответствующих перемножителей, а к вторым входам перемножителей подсоединены соответствующие выходы генератора функций, выходы перет«ножителей соединены с

30 входами сумматора, выход которого соединен с первым входом блока сравнения и сигнальньом входом регистра амплитуды; выход блока сравнения подключен к тактовому входу регистра амплитуды и к входу блока управления выход регистра амплитуды подключен к второму входу блока сравнения и ин дикатору амплитуды, выходы знаковых разрядов регистров квадратурных составляющих подключены к входам .дешифратора, выход которого подключен к входу реверсивного счетчика канала свяди, соединенного с индикатором фазы, при этом управляющие входы регистров, квадратурных составляю дих, генератора функций, блока сравнения, дешифратора и реверсивного счетчика канала фазы связаны с выходом блока управления. На чертеже представлена структурная схема анализатора спектра. Анализатор спектра содержит фильт 1 нижних частот, аттенюатор 2, электронный переключатель. 3, преобразова тель 4 напряжения в число импульсов, реверсивные счетчики 5 и 6 квадратур ных каналов, регистры 7 и 8 квадрату ных составляющих, индикаторы 9 и 10, перемножители 11 и 12, генератор 13 функций, сумматор 14, блок 15 сравне ния, регистр 16 амплитуды, блок 17 управления, индикатор 18 амплитуды, дешифратор 19, реверсивный счетчик 20 канала фазы и индикатор 21 фазы. Принцип работы анализатора спектра основан на разбиении всего цикла анализа спектра сигнала на две части цикл измерения и усреднения квадрату ных составляющих и. цикл выяисления амплитуды и фазы спектральной сЪставляющей. Для обеспечения работы анализатора в .реальном масштабе времени оба этих цикла выполняются.одновременно. Во время очередного цикла измерения и усреднения квадратурных составляющих параллельно вычисля ются амплитуда и фазаспектральной составляющей по результатам анализа квадратурных составляющих, полученным в предыдущем цикле измерения и усреднения квадратурных составляющих Измерение квадратурных составляющих спектра осуществляется по методу пре образования Фурье, причем непрерывные опорные синусные и косинусные ко лебания заменяются кусочно-постоянными на двоично-рациональных отрезках их периода. Гармонический спектр таких периодических кусочно-постоянных колебаний с двумя уровнями квантования (относительной величиной 1 и /2) не содержит четных гармоник и ряда нечетных гармоник. 7-ая и 9-ая гармоники спектра по величине не пре вышают нескольких процентов от ампли туды первой гсфмоники. Четырехуров нева.я аппроксимация позволяет уменьшить относительный уровень нечетных гармоник до долей процента. Перемножение в квадратурных каналах осуществляется реверсивными счетчиками путем поочередного суммирования и вычитания числоимпульсных кодовых групп, пропорциональных, взвешенным значениям напряжения сигнала. Усреднение квадратурных составляющих осуществляется путем накопления в реверсивных хзчетчиках результатов 1 змерения квадратурных составляющих. Амплитуда спектральной составляющей определяется путем умножения измеренных амплитуд(модулей)квадратурных составляющих спектра на вспомогательные синусное и косинусное колебания(длительностью в четверть периода произвольной фиксированной частоты и с тактовым приращением фазы), суммирования результатов умножения и нахождения максимального значения суммы. Фаза спектральной составляющей определяется одновременно с ее амплитудой по временному положению упомянутой выше суммы, с учетом знаков квадратурных составляющих. Изложенный принцип работы анализатора реализуется следующим образом. Для уменьшения влияния нескомпенсированных нечетных гармоник в спектре кусочно-постоянных опорных- колебаний, эти гармоники подавляются в спектре входного сигнала фильтром 1 нижних частот. Аттенюатор 2 обеспечивает ослабление сигнала на фиксированных уровнях, число которых определяется числом уроззней квантования опорных колебаний. Переключатель 3 поочередно и с повышенной частотой дискретизации подает полное и ослабленное аттенюатором 2 напряжение входного сигнала на вход преобразователя 4 напряжения в число импульсов. Импульсы с выхода преобразователя 4 суммируются и вычитаются в соответствующие промежутки, времени в реверсивных счетчиках 5 и б квадратурныхканалов. При этом содержимое реверсивных счетчиков 5 и б соответствует значениям синусной и косинусной составляющих гармонического спектра для анализируемой частоты. Блок 17 управления приводит в действие преобразователь 4, реверсивные счетчики 5 и б, переключатель 3 и после повторения цикла измерения и усреднения квадратурных составляющих подготавливает анализатор спектра к выполнению цикла вмчиспения амплитуды и фазы спектральной составляющей, для чего осуществляет перезапись содержимого реверсивных счетчиков 5 и б в регистры 7 и 8 квадратурн.ых составляющих. По результатам анализа знаковых разрядов регистров 7 и 8 дешифратором 19 блок 17 управления устанавливает режим работы (сложение и вычитакие) реверсивного счетчика 20 канала фазы и записывает в наго число, соответствующее начальному значению фаэы (0,180 или 360 градусов), обнуляет регистр 16 амплитуды и включает генератор 13 функций.

Перемножение модулей (амплитуд) измеренных квадратурных составляющих спектра на соответствующие им вспомогательные опорные функции, вырабатывае1«ые генератором 13, осуществляется перемножителями 11 и 12. Результаты перемножения суммируются сумматором 14. Блок 15 сравнения , сравнивает содержимое регистра 16 амплитуды и результат суммирования. Если число, записанное в регистре 16, меньше результата суммирования или равно ему, на выход блока 15 сравнения пропускается тактовый импульс блока 17 управления.

Если результат суммирования меньше числа, записанного в регистр 16, вычисление амплитуды и фазы спектрал ной составляющей по ее квадратурным составляющим прекращается до получения результатов следующего цикла измерения и усреднения квадратурных составляющих и информация на индикаторах 18 и 21 соответствует амплиту-де и фазе спектральной составляющей.

Таким образом, за счет цикличности работы устройства обеспечивается измерение с повышенной точностью амплитуды и фазы спектра наряду с его квадратурными составляющими в реальном масянтабе времени.

Формула изобретения

Анализатор спектра, содержащий последовательно соединенные фильтр нижних частот, аттенюатор, электронный переключатель и преобразователь напряжения в число импульсов, а также два реверсивных счетчика квадратурных каналов, два индикатора и блок управления, причем фильтр нижних частот подключен к электронному переключателю непосредственно и через

аттенюатор, счетные входы реверсивных счетчиков квадратурных каналов соединены между собой и с выходом преобразователя, а блок управления связан с управляющими входами электронного переключателя, преобразЪвателя напряжения в число иютульсов и реверсивного счетчика квадратурных каналов, отлич ающий с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены два регистра квадратурных составляющихj генератор функций, два-перемножителя, сумматор, блок сравнения, регистр амплитуды, дешифратор, реверсивный счетчик канала

фазы, индикатор фазы и индикатор амплитуды, причем выходы реверсивных счетчиков квадратурных каналов подсоединены к сигнальным входам соответствующих регистров квадратурных

составл-яющих, выходы которых подсоединены к индикаторам квадратурных составляющих и к первым входам -соответствующих перемножителей, а к вторым входам перемножителей подсоединены соответствующие выходы генератора функций, выходы перемножителей соединены с входами сумматора, выход которого соединен с первым входом блока сравнения и сигнальным входом

регистра амплитуды, выход блока сравнения подключен к тактовому входу регистра амплитуды и входу блока управления, выход регистра амплитуды подключен к второму входу блока сравнения и индикатору амплитуды/ выходы знаковых разрядов регистров квадратурных составляющих подключены.к входам дешифратора, выход которого подключен к входу реверсивного счетчика канала фазы, соединенного с ин- дикатором фазы, при этом управляющие входы регистров квгщратурных составляющих, генератора функций, блока сравнения, дешифратора и реверсивного счетчика канала фазы связаны с

выходом блока управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2. Авторское свидетельство СССР 610026, кл. G 01 R 23/16, 1978.